一種分光芯片及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種分光芯片，以藍寶石或者石英為基片，所述基片的一側設置有截次峰膜系，所述基片另一側設置有第一反射膜，所述第一反射膜上設置有復數個通道，相鄰通道之間被黑鉻隔開。同時公開了該芯片的制作方法步驟(1)在基片上光刻通道和對準標記；(2)基片上鍍制第一反射膜；(3)鍍制中間層；(4)鍍制第二反射膜；(5)基片的背面鍍制截次峰膜系。本分光芯片的工作波段在900～2500nm范圍內，而且尺寸還可以根據實際需要進行調整，非常方便集成和家用，大大優于目前國內外同類型微型光譜儀的光譜分辨率的性能；實現真正的微型化；可提高儀器的可靠性、穩定性、和光學效率。
【專利說明】
一種分光芯片及其制備方法
技術領域
[0001]本發明公開了一種分光芯片，特別涉及一種可以根據要求設計工作波段的分光芯片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近紅外光譜技術在化工、食品安全、健康等領域有著非常重要的領域，主要是通過光譜儀來對成分進行識別和分析，對光譜儀的便攜性和工作速度的要求越來越高。目前在制作光譜儀時，主要通過光柵來實現光譜分光功能，但通過光柵分光時，光譜儀體積較大且掃描時間較長，難以實現真正的微型化。傳統的集成濾光片需要對每個通道單獨鍍膜，且每次鍍制需要特定的掩膜來完成，如果為64通道，則至少需64次光刻，過程非常繁瑣，如果對其尺寸要求高的話，則其累計誤差可能會非常大，其成品率會降低；另外，傳統的集成濾光片的尺寸大。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中的不足，本發明提供了可以設計工作波段的的分光芯片及其制備方法。
[0004]為達到目的，本發明通過如下的技術方案來實現:
[0005]—種分光芯片，以藍寶石或者石英為基片，所述基片的一側設置有截次峰膜系，所述基片另一側設置有第一反射膜，所述第一反射膜上設置有復數個通道，相鄰通道之間被黑鉻隔開，每個通道的寬度為0.01-2臟，帶寬為3.卜5.5nm，所述黑鉻的寬度為0.0OHmm.。
[0006]進一步的，所述通道選自第一反射膜、中間層與第二反射膜共同組成中的一種。
[0007]進一步的，所述第一反射膜和第二反射膜由硅和二氧化硅或五氧化二鈮和二氧化硅交替組成。
[0008]進一步的，所述中間層由二氧化硅組成。
[0009]進一步的，所述分光芯片的工作波長為900-2500nm進一步的，所述復數個通道為64通道、128通道、192通道、256通道或者320通道。
[0010]進一步的，從O通道到最后一個通道的中心波長逐漸增大，且中心波長的精度可以達到± lnm。
[0011]—種上述分光芯片的制作方法，包括如下步驟:
[0012 ] (I)在基片上光刻通道和對準標記，其中光刻包含以下步驟:
[0013]a)預處理:甩膠和前烘，在干凈的基片上旋涂光刻膠，80°C_100°C烘烤1min以上；
[0014]b)曝光:把預處理好的基片置于掩膜板下進行紫外曝光；
[0015]c)顯影和后烘:將曝光后的基片使用顯影液進行顯影，光刻膠遮擋通道，露出標記區域和通光通道。在烘箱中60°C-100°C烘干殘留在基片表面的水分；
[0016]d)用真空鍍膜方式鍍制黑鉻；
[0017]e)使用濃度為5%的NaOH溶液或丙酮去除光刻膠，留下通道分隔線和對準標記。
[0018](2)在步驟(I)制備的基片上鍍制第一反射膜；
[0019](3)鍍制中間層，根據需要在第一反射膜上重復光刻和去光刻膠的步驟，直至制備出想要的通道為止；
[0020](4)在所說中間層上鍍制第二反射膜；
[0021](5)在所述基片的背面鍍制截次峰膜系。
[0022]進一步的，所述鍍制膜的方法為真空鍍膜法。
[0023]本發明的有益效果如下:
[0024]1.分光芯片對光選擇性通過，不同的位置透過不同的光譜，接收不同位置的光實現分光功能；
[0025]2.本分光芯片的工作波段在900?2500nm范圍內，具體的工作波段可以調整和選擇，分光芯片的工作范圍基本覆蓋了整個近紅外光譜，分光通道達到了 320個;分光芯片各通道的寬可以設計為0.188mm，通道之間的隔離區寬度為ΙΟμπι寬，精度高，而且尺寸還可以根據實際需要進行調整，非常方便集成和家用，
[0026]3.實現相對帶寬0.33%的光譜分辨率，大大優于目前國內外同類型微型光譜儀的光譜分辨率的性能；
[0027]4.分光芯片的尺寸遠遠小于傳統的光譜分光器件，實現真正的微型化；
[0028]5.可以簡化微型光譜儀的光路結構，減小光譜儀的體積，工作時，根據探測器不同位置接收到的信號即可得到其光譜，非常適用于微型光譜儀的制作；
[0029]6.可提高儀器的可靠性、穩定性、和光學效率；
[0030]7.采用組合鍍膜法減少鍍膜次數，降低成本，提高成品率。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明一具體實施例中的分光芯片的側剖面結構示意圖；
[0032]圖2是本發明一具體實施例中的分光芯片的俯視圖；
[0033]圖3是本發明具體實施例一中制備的分光芯片的光譜圖；
[0034]圖4是本發明具體實施例二中制備的分光芯片的光譜圖；
[0035]圖5是本發明具體實施例三中制備的分光芯片的光譜圖；
[0036]圖6是本發明具體實施例四中制備的分光芯片的光譜圖；
[0037]圖7是本發明具體實施例五中制備的分光芯片的光譜圖；
[0038]圖8是本發明具體實施例六中的分光芯片的俯視圖。
[0039]附圖標記
[0040]101-截次峰膜系；102-基片；103-第一反射膜;104-第二反射膜;105-中間層。
【具體實施方式】
[0041]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0042]參閱圖1-2，一種分光芯片，以藍寶石或者石英為基片，所述基片的一側設置有截次峰膜系，所述基片另一側設置有第一反射膜103，所述第一反射膜103上設置有復數個通道，相鄰通道之間被黑鉻隔開，每個通道的寬度為0.01-2mm，帶寬為3.1-5.5nm，所述黑鉻的寬度為0.001-lmm.。
[0043]所述通道選自第一反射膜103、中間層105與第二反射膜104共同組成中的一種。
[0044]所述第一反射膜103和第二反射膜104由硅和二氧化硅或五氧化二鈮和二氧化硅交替組成。所示中間層由二氧化硅組成。
[0045]所述分光芯片的工作波長為900-2500nm。
[0046]所述復數個通道為64通道、128通道、192通道、256通道或320通道。
[0047]從O通道到最后一個通道的中心波長逐漸增大，且中心波長的精度可以達到土Inm0
[0048]—種上述分光芯片的制作方法，包括如下步驟:
[0049](I)在藍寶石或者石英基片102上光刻通道和對準標記，其中光刻包含以下步驟:
[0050]a)預處理:甩膠和前烘，在干凈的基片102上旋涂光刻膠，80 °C_100°C烘烤1min以上；
[0051]b)曝光:把預處理好的基片置于掩膜板下進行紫外曝光；
[0052]c)顯影和后烘:將曝光后的基片使用顯影液進行顯影，光刻膠遮擋通道，露出標記區域和通光通道。在烘箱中60°C-100°C烘干殘留在基片表面的水分；
[0053]d)用真空鍍膜方式鍍制黑鉻；
[0054]e)使用濃度為5%的NaOH溶液或丙酮去除光刻膠，留下通道分隔線和對準標記。
[0055](2)在步驟(I)制備的基片上鍍制第一反射膜103;
[0056](3)鍍制中間層105，根據需要在第一反射膜103上重復光刻和去光刻膠的步驟，直至制備出想要的通道為止；
[0057](4)在所說中間層上鍍制第二反射膜104;
[0058](5)在所述基片102的背面鍍制截次峰膜系101。
[0059]所述鍍制膜的方法為真空鍍膜法。
[0060]制備出的分光芯片的結構示意圖如圖1、2和8所示。
[0061]實施例一:
[0062]工作波長為900-1 10nm共64個通道的分光芯片，分別編號為0_63通道，帶寬為3.1± Inm，中心波長精度為土 lnm。從O通道到63通道的中心波長逐漸增大。各通道的寬度范圍為0.01-2_，相鄰通道被黑鉻隔開，鉻線寬度范圍為0.001-lmm。
[0063]分光芯片具體制作步驟為:
[0064]1.在藍寶石基片上光刻通道和對準標記;其中光刻包含以下步驟:
[0065]a)預處理:甩膠和前烘，在干凈的基片102上旋涂光刻膠，80 °C_100°C烘烤1min以上；
[0066]b)曝光:把預處理好的基片置于掩膜板下進行紫外曝光；
[0067]c)顯影和后烘:將曝光后的基片使用顯影液進行顯影，光刻膠遮擋通道，露出標記區域和通光通道。在烘箱中60°C-100°C烘干殘留在基片表面的水分；
[0068]d)用真空鍍膜方式鍍制黑鉻；
[0069]e)使用濃度為5%的NaOH溶液或丙酮去除光刻膠，留下通道分隔線和對準標記。
[0070]2.第一反射膜的結構為:λ= 1000nm，H-Nb205,L-S12，H L H L H L H 3L0[0071 ] 3.利用組合鍍膜法鍍制中間層的制作步驟如下:
[0072](a)光刻，露出1，3，5，...63單數通道;在I，3，5，...63單數通道鍍2.58nm S12，去除光刻膠。
[0073](15)光刻，露出:2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31，34，35，38，39，42，43，46，47，50，51，54，55，58，59，62，63通道，在以上通道鍍制2.58*211111 S12,去除光刻膠。
[0074](。)光刻，露出:4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31，36，37，38，39，44，45，46，47，52，53，54，55，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制2.58*4.S12,去除光刻膠。
[0075]((1)光刻，露出:8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31，40，41，42，43，44，45，46，47，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制2.5*811111 S12,去除光刻膠。
[0076](e)光刻，露出:16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制2.58*16.S12,去除光刻膠。
[0077](0光刻，露出:32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制2.58*32.S12,去除光刻膠。
[0078]4.鍍制第二反射膜，第二反射膜的的膜系結構為:λ= 100nm，H-Nb2O5，L-S12，H LH L H L H 2Lo
[0079]5.鍍制截次峰膜系。
[0080]鍍制膜的方法為真空鍍膜法。
[0081]將上述方法設計出的芯片進行計算，得到其光譜圖如圖3所示，證明本分光芯片工作波長為900-1 10nm0
[0082]實施例二:
[0083]工作波長為I10-HOOnm共64個通道的分光芯片，分別編號為0-63，帶寬為4.5土lnm，中心波長精度為± lnm。從O通道到63通道的中心波長逐漸增大。各通道的寬度范圍為0.01-2mm，相鄰通道被黑鉻隔開，絡線寬度范圍為0.001-lmm，。
[0084]分光芯片具體制作步驟:
[0085]在藍寶石基片上光刻通道和對準標記、鍍制第一反射膜、鍍制第二反射膜和鍍制截次峰膜系的步驟與實施例一相同；
[0086]其中，第一反射膜的結構為:人=120011111，!1-他205丄^02，11L H L H L H 3L。
[0087]第二反射膜的的膜系結構為A=1200nm，H-Nb205 ,L-S12，H L H L H L H 2L。
[0088]利用組合鍍膜法鍍制中間層的制作步驟如下:
[0089](a)光刻，露出1，3，5，...63單數通道;在I，3，5，...63單數通道鍍3.75nm S12，去除光刻膠。
[0090](15)光刻，露出:2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31，34，35，38，39，42，43，46，47，50，51，54，55，58，59，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*2.S12,去除光刻膠。
[0091](。)光刻，露出:4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31，36，37，38，39，44，45，46，47，52，53，54，55，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*4.S12，去除光刻膠。
[0092]((1)光刻，露出:8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31，40，41，42，43，44，45，46，47，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*811111 S12,去除光刻膠。
[0093](e)光刻，露出:16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*16.S12,去除光刻膠。
[0094](0光刻，露出:32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*32.S12,去除光刻膠。
[0095]將上述方法設計出的芯片進行計算，，得到其光譜圖如圖4所示，證明本分光芯片工作波長為1100-1400nmo
[0096]實施例三:
[0097]工作波長為1400-1700醒共64個通道的分光芯片，分別編號為0-63，帶寬為4.5±lnm，中心波長精度為± lnm。從O通道到63通道的中心波長逐漸增大。各通道的寬度范圍為
0.01-2_，相鄰通道被黑鉻隔開，鉻線寬度范圍為0.001-1_。
[0098]分光芯片具體制作步驟:
[0099]在藍寶石基片上光刻通道和對準標記、鍍制第一反射膜、鍍制第二反射膜和鍍制截次峰膜系的步驟與實施例一相同；
[0100]其中，第一反射膜的結構為:人=140011111，!1-他205丄^02，11L H L H L H 3L0
[0101]第二反射膜的的膜系結構為A=1400nm，H-Nb205 ,L-S12，H L H L H L H 2L。
[0102]利用組合鍍膜法鍍制鍍制中間層步驟如下:
[0103](a)光刻，露出1，3，5，...63單數通道;在I，3，5，...63單數通道鍍3.75nm S12，去除光刻膠。
[0104](15)光刻，露出:2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31，34，35，38，39，42，43，46，47，50，51，54，55，58，59，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*2.S12,去除光刻膠。
[0105](。)光刻，露出:4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31，36，37，38，39，44，45，46，47，52，53，54，55，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*4.S12,去除光刻膠。
[0106]((1)光刻，露出:8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31，40，41，42，43，44，45，46，47，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*811111 S12,去除光刻膠。
[0107](e)光刻，露出:16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*16.S12,去除光刻膠。
[0108](0光刻，露出:32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制3.75*32.S12,去除光刻膠。
[0109]鍍制截次峰膜系。
[0110]將上述方法設計出的芯片進行計算，，得到其光譜圖如圖5所示，證明本分光芯片工作波長為1400_1700nmo
[0111]實施例四:
[0112]工作波長為1700-2100nm共64個通道的分光芯片，分別編號為0_63，帶寬為5.5 土lnm，中心波長精度為± lnm。從O通道到63通道的中心波長逐漸增大。各通道的寬度范圍為0.01-2_，相鄰通道被黑鉻隔開，鉻線寬度范圍為0.001-1_。
[0113]分光芯片具體制作步驟:
[0114]在藍寶石基片上光刻通道和對準標記、鍍制第一反射膜、鍍制第二反射膜和鍍制截次峰膜系的步驟與實施例一相同；
[0115]其中，第一反射膜的結構為:人=190011111，!1^丄^02，!1L H L H L H 3L0
[0116]第二反射膜的的膜系結構為A=1900nm，H-Si，L-Si02，H L H L H L H 2L0
[0117]利用組合鍍膜法鍍制中間層的制作步驟如下:
[0118](a)光刻，露出1，3，5，...63單數通道;在I，3，5，...63單數通道鍍5.2nm S12,去除光刻膠。
[0119](15)光刻，露出2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31，34，35，38，39，42，43，46，47，50，51，54，55，58，59，62，63通道，在以上通道鍍制5.2*2醒 S12,去除光刻膠。
[0120](。)光刻，露出:4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31，36，37，38，39，44，45，46，47，52，53，54，55，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制5.2*4醒 S12,去除光刻膠。
[0121]((1)光刻，露出:8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31，40，41，42，43，44，45，46，47，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制5.2*811111 S12,去除光刻膠。
[0122](e)光刻，露出:16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制5.2*16醒 S12,去除光刻膠。
[0123](0光刻，露出:32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制5.2*32醒 S12,去除光刻膠。
[0124]將上述方法設計出的芯片進行計算，，得到其光譜圖如圖6所示，證明本分光芯片工作波長為1700-21 OOnm ο
[0125]實施例五:
[0126]工作波長為2100-2500nm共64個通道的分光芯片，分別編號為0_63，帶寬為5.5 土lnm，中心波長精度為± lnm。從O通道到63通道的中心波長逐漸增大。各通道的寬度范圍為0.01-2_，相鄰通道被黑鉻隔開，鉻線寬度范圍為0.001-1_。
[0127]分光芯片具體制作步驟:
[0128]在藍寶石基片上光刻通道和對準標記、鍍制第一反射膜、鍍制第二反射膜和鍍制截次峰膜系的步驟與實施例一相同；
[0129]其中，第一反射膜的結構為:人=230011111，!1^丄^02，11L H L H L H 3L。
[0130]第二反射膜的的膜系結構為4= 230011111，!1^丄^02，!1 L H L H L H 2L。
[0131 ]利用組合鍍膜法鍍制中間層的步驟如下:
[0132](a)光刻，露出1，3，5，...63單數通道;在I，3，5，...63單數通道鍍6.35nm S12，去除光刻膠。
[0133](15)光刻，露出:2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31，34，35，38，39，42，43，46，47，50，51，54，55，58，59，62，63通道，在以上通道鍍制6.35*211111 S12,去除光刻膠。
[0134](。)光刻，露出:4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31，36，37，38，39，44，45，46，47，52，53，54，55，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制6.35*4.S12,去除光刻膠。
[0135]((1)光刻，露出:8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31，40，41，42，43，44，45，46，47，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制6.35*811111 S12,去除光刻膠。
[0136](e)光刻，露出:16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制6.35*16.S12,去除光刻膠。
[0137](0光刻，露出:32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61，62，63通道，在以上通道鍍制6.35*32.S12,去除光刻膠。
[0138]將上述方法設計出的芯片進行計算，，得到其光譜圖如圖7所示，證明本分光芯片工作波長為2100-2500nmo
[0139]實施例六
[0140]可以選擇以上兩種或多種分光芯片進行組合，從而成為新的分光芯片，在特定的位置選擇性透過特定波長的光。圖8為工作波段為900-2500nm的分光芯片。其中，不同波段的分光芯片的排列有多種形式，芯片不同位置的工作波段可以根據需要進行調整組合，本實施例將上述實施例1-5中制備的分光芯片設計于一個基片上。
[0141]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種分光芯片，其特征在于，以藍寶石或者石英為基片，所述基片的一側設置有截次峰膜系，所述基片另一側設置有第一反射膜，所述第一反射膜上設置有復數個通道，相鄰通道之間被黑鉻隔開，每個通道的寬度為0.01-2mm，帶寬為3.1-5.5nm，所述黑鉻的寬度為0.0Ol-1mm.。2.根據權利要求1所述的分光芯片，其特征在于所述通道選自第一反射膜、中間層與第二反射膜共同組成中的一種。3.根據權利要求2所述的分光芯片，其特征在于所述第一反射膜和第二反射膜由硅和二氧化硅或五氧化二鈮和二氧化硅交替組成。4.根據權利要求2所述的分光芯片，其特征在于所述中間層由二氧化硅組成。5.根據權利要求1所述的分光芯片，其特征在于所述分光芯片的工作波長為900-2500nmo6.根據權利要求1所述的分光芯片，其特征在于所述復數個通道為64通道、128通道、192通道、256通道或者320通道。7.根據權利要求6所述的分光芯片，其特征在于從O通道到最后一個通道的中心波長逐漸增大，且中心波長的精度可以達到±lnm。8.—種權利要求1所述的分光芯片的制作方法，其特征在于包括如下步驟: (1)在基片上光刻通道和對準標記，其中光刻包含以下步驟: a)預處理:甩膠和前烘，在干凈的基片上旋涂光刻膠，80°C-100°C烘烤1min以上； b)曝光:把預處理好的基片置于掩膜板下進行紫外曝光； c)顯影和后烘:將曝光后的基片使用顯影液進行顯影，光刻膠遮擋通道，露出標記區域和通光通道。在烘箱中60 °C -100 °C烘干殘留在基片表面的水分； d)用真空鍍膜方式鍍制黑鉻； e)使用濃度為5%的NaOH溶液或丙酮去除光刻膠，留下通道分隔線和對準標記。 (2)在步驟(I)制備的基片上鍍制第一反射膜； (3)鍍制中間層，根據需要在第一反射膜上重復光刻和去光刻膠的步驟，直至制備出想要的通道為止； (4)在所說中間層上鍍制第二反射膜； (5)在所述基片的背面鍍制截次峰膜系。9.根據權利要求8所述的分光芯片的制作方法，其特征在于所述鍍制膜的方法為真空鍍膜法。
【文檔編號】G02B6/125GK105954833SQ201610474081
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】周東平
【申請人】上海晶鼎光電科技有限公司